1. TUJUAN [KEMBALI]
Penulisan di blog ini bertujuan untuk:
· Dapat membuat dan mensimulasikan TUGAS SENSOR KIMIA berupa RANGKAIAN RUMAH ANTI KEBAKARAN menggunakan MQ-2, FLAME SENSOR.
·
Dapat
memahami TEORI dan PRINSIP KERJA dari RANGKAIAN RUMAH ANTI KEBAKARAN.
2. KOMPONEN [KEMBALI]
ALAT :
1. Voltmeter DC
Voltmeter adalah sebuah alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik.
Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.
Power supply atau catu daya adalah suatu alt listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik maupun elektronika lainnya.
BAHAN :
4. Resistor
Resistor berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran
listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika.
10k ohm (4 buah)
5. OP-AMP
Berfungsi sebagai penguat tegangan pada rangkaian.
Konfigurasi pin
1. Pin1 & Pin5 (Offset N1 & N2) : Pin untuk mengatur tegangan offset jika perlu
2. Pin2 (IN-) : Pin inverting dari Op Amp
3. Pin3 (IN +) : Pin Non inverting Op Amp
4. Pin4 (Vcc-) : Pin ini terhubung ke ground jika tidak rel negatif
5. Pin6 (Output) : Output daya pin Op-amp
6. Pin7 (Vcc +) : Pin ini terhubung ke + ve rail dari supply tegangan
7. Pin8 (NC) : Tidak ada koneksi
Spesifikasi:
6.Transistor(NPN)
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.
Spesifikasi :
7. Sensor Ptc Thermistor
Digunakan untuk mendeteksi suhu yang memiliki temperature positiv dan nilai resistansinya meningkat seiring dengan pertambahan suhu.
Konfigurasi Pin Ptc
Grafik Respon Sensor Ptc:
8. Sensor Ntc Thermistor
9. Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan
secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang
terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal
(seperangkat Kontak Saklar/Switch).
Konfigurasi Pin :
Spesifikasi:
Datasheet Relay :
10. Buzzer
Bel atau penyuara bip adalah perangkat sinyal audio, yang mungkin mekanis, elektromekanis, atau piezoelektrik.
Konfigurasi Pin :
Spesifikasi :
Komponen Lainnya :
11. Ground
3. Dasar Teori [KEMBALI]
- Resistor
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.
- Transistor
Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.
1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.
Fitur:
1. DC Current gain(hfe) maksimal 800
2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA
3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V
4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA
Datasheet Transistor BC548 dan BC547
Grafik Respon :
Selain digunakan sebagai penguat, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor.
Rumus transistor NPN:
- Op Amp
Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :
1. Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
2. Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
3. Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
4. Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
5. Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
6. Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Rangkaian dasar Op Amp
*From Engineering Circuit Analysis by William H. Hayt
Komparator Op Amp
Komparator digunakan untuk membandingkan dua tegangan (V non-inverting dan V inverting) dan mengubah outputnya berdasarkan tegangan sumber.
*From Engineering Circuit Analysis by William H. Hayt
Hubungan input-output:
*V1 adalah tegangan input non-inverting; V2 adalah tegangan input non-inverting; Vs adalah tegangan sumber (+Vs/-Vs)
Dari gambar dapat dilihat bahwa op amp digunakan untuk membandingkan Vin terhadap tegangan referensi 2.5V, serta pada op amp dihubungkan sumber tegangan +12V dan -12V. Grafik menunjukkan bahwa jika tegangan Vin lebih besar dari 2.5V maka Vout adalah -12V, sebaliknya jika tegangan Vin lebih kecil dari 2.5V maka Vout adalah +12V.
- Sensor Thermistor PTC
Thermistor merupakan resistor yang sensitif terhadap perubahan suhu dalam listrik. Resistansi akan berubah jika temperature badan sensor berubah. Hal ini berbeda dibandingkan dengan a wirewound or metal film resistance temperature.
Nilai Resistansi Thermistor NTC akan turun jika suhu di sekitar Thermistor NTC tersebut tinggi (berbanding terbalik / Negatif). Sedangkan untuk Thermistor PTC, semakin tinggi suhu disekitarnya, semakin tinggi pula nilai resistansinya (berbanding lurus / Positif).
Berikut ini adalah Simbol dan Gambar Komponen Thermistor NTC :
Pada temperature dibawah 0 derjat sampai r min maka nilai resistansinya rendah dan RT vs T memberikan koefisien negative. Jika temperature naik maka resistansi akan menjadi positif dan menjadi naik. Ketika batas atau switching temperature maka tingkat kenaikan akan lebih signifikan dan karakteristik Ptc semakin curam. Ketika response menjadi maximum maka koefisien akan menjadi negative kembali.
- Sensor Thermistor NTC
Thermistor adalah salah satu jenis Resistor yang nilai resistansi atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh Suhu (Temperature). Thermistor merupakan singkatan dari “Thermal Resistor” yang artinya adalah Tahanan (Resistor) yang berkaitan dengan Panas (Thermal). Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).
Nilai Resistansi Thermistor NTC akan turun jika suhu di sekitar Thermistor NTC tersebut tinggi (berbanding terbalik / Negatif). Sedangkan untuk Thermistor PTC, semakin tinggi suhu disekitarnya, semakin tinggi pula nilai resistansinya (berbanding lurus / Positif).
· Simbol dan Gambar Thermistor NTC
Berikut ini adalah Simbol dan Gambar Komponen Thermistor NTC :
Contoh perubahaan Nilai Resistansi Thermistor NTC saat terjadinya perubahan suhu disekitarnya (dikutip dari Data Sheet salah satu Produsen Thermistor MURATA Part No. NXFT15XH103), Thermistor NTC tersebut bernilai 10kO pada suhu ruangan (25°C), tetapi akan berubah seiring perubahan suhu disekitarnya. Pada -40°C nilai resistansinya akan menjadi 197.388kO, saat kondisi suhu di 0°C nilai resistansi NTC akan menurun menjadi 27.445kO, pada suhu 100°C akan menjadi 0.976kO dan pada suhu 125°C akan menurun menjadi 0.532kO. Jika digambarkan, maka Karakteristik Thermistor NTC tersebut adalah seperti dibawah ini :
Pada umumnya Thermistor NTC adalah Komponen Elektronika yang berfungsi sebagai sensor pada rangkaian Elektronika yang berhubungan dengan Suhu (Temperature). Suhu operasional Thermistor berbeda-beda tergantung pada Produsen Thermistor itu sendiri, tetapi pada umumnya berkisar diantara -90°C sampai 130°C. Beberapa aplikasi Thermistor NTC di kehidupan kita sehari-hari antara lain sebagai pendeteksi Kebakaran, Sensor suhu di Engine (Mesin) mobil, Sensor untuk memonitor suhu Battery Pack (Kamera, Handphone, Laptop) saat Charging, Sensor untuk memantau suhu Inkubator, Sensor suhu untuk Kulkas, sensor suhu pada Komputer dan lain sebagainya. Thermistor NTC atau Thermistor PTC merupakan komponen Elektronika yang digolongkan sebagai Komponen Transduser, yaitu komponen ataupun perangkat yang dapat mengubah suatu energi ke energi lainnya. Dalam hal ini, Thermistor merupakan komponen yang dapat mengubah energi panas (suhu) menjadi hambatan listrik.
1. Resistensi Daya-Nol dari Termistor: (R)
Titik referensi yang nyaman untuk termistor yang disediakan oleh resistansi adalah pada 25 ° C (pada dasarnya pada suhu kamar). Rumus yang digunakan untuk menentukan resistansi termistor:
R = R0 expB (1 / T-1 / T0)
Dimana, R = Resistensi pada suhu lingkungan T (K)
R0 = Resistensi dalam suhu lingkungan T0 (K)
B = Konstanta material
2. Konstanta Material: (B)
Konstanta material B mengontrol kemiringan karakteristik RT seperti yang ditunjukkan pada gambar. Nilai B bervariasi menurut suhu dan ditentukan antara dua suhu 25 ° C dan 85 ° C dengan rumus:
B25 / 85 = ln (R 85 / R 25 ) / (1 / T - 1 / T 0 )
B 25/85 adalah nilai yang digunakan untuk membandingkan dan mengkarakterisasi keramik yang berbeda. Toleransi pada nilai ini disebabkan oleh komposisi material
3. Koefisien suhu Resistensi: ( a )
Nilai ini menunjukkan kepekaan suatu sensor menurut perubahan suhu. Ini didefinisikan sebagai:
a = ? B / T 2
Rumus tersebut menyatakan bahwa toleransi relatif pada a sama dengan toleransi relatif pada nilai B.
4. Konstanta Waktu Termal
Ini adalah periode waktu di mana suhu termistor akan berubah dengan cepat 63,2% perbedaan suhu (T 0 ) dari suhu lingkungan (T 1 ).
5. Konstanta Disipasi Termal
Besarnya daya listrik P (mW) yang dikonsumsi pada T1 (suhu lingkungan) dan T2 (suhu thermistor naik), dengan rumus sebagai berikut:
P = C (T2-T1)
Di mana, C adalah konstanta disipasi termal.
- Baterai
Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode dan terminal negatifnya adalah anoda. Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika baterai dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi ke produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi-bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Secara historis istilah "baterai" secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari beberapa sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel.
Prinsip operasi
Baterai mengubah energi kimia langsung menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sejumlah sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi anion dan kation. Satu sel setengah termasuk elektrolit dan elektrode negatif, elektrode yang di mana anion berpindah; sel-setengah lainnya termasuk elektrolit dan elektrode positif di mana kation berpindah. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan tereduksi (elektron akan bertambah) di katode ketika pengisian, sedangkan anion akan teroksidasi (elektron hilang) di anode ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektrodanya tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi terhubung via elektrolit. Beberapa sel menggunakan elektrolit yang berbeda untuk tiap sel setengah. Sebuah separator dapat membuat ion mengalir di antara sel-setengah dan bisa menghindari pencampuran elektrolit.
- Relay
Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swirch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring
Gambar dari bagian-bagian relay
Terdapat besi atau yang disebut dengan nama iron core dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga ketika kumparan coil diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik armature untuk pindah posisi dari normally close ke normally open. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru normally open yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normally close.
Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Maksimum beban AC 10A @ 250/125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30/28V
5. Switching maksimum 300 operasi/menit
4. Prosedure Percobaan[KEMBALI]
1. Buka aplikasi proteus
2. Pilih komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutukan komponen Sensor ptc dan ntc, resistor , relay, motor dc, transistor dan power suply
3. Rangkai setiap komponen menjadi rangkaian yang diinginkan
4. Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
5.
Jalankan simulasi rangkaian.
5. Prinsip Kerja Rangkaian [KEMBALI]
Suhu Minimum Kebun Strawberry adalah 4-5 derjat celsius
Suhu Maksimum Kebun Strawberry adalah 17-20 derjat celsius
Ketika
sensor ptc berada pada rentangan suhu (0-5 derjat) yaitu 5 derjat maka output
sensor ptc berjalan dan ketika sensor ntc berada pada rentangan suhu di
bawah <20 derjat yaitu di suhu 5 derjat maka output sensor off Menandakan Suhu Kebun dalam keadaan suhu Minimum
Ketika sensor ptc berada pada rentangan suhu (>5 derjat) yaitu 20 derjat maka
output sensor ptc off dan ketika sensor ntc berada pada rentangan
suhu di atas >= 20 derjat yaitu 20 derjat celcius maka output sensor on. jika lampu 2 dan buzzer hidup maka, menandakan Kebun dalam keadaan suhu optimum.
Prinsip kerja Sensor PTC
Pada Rangkaian ini di analogikan bahwa jika output (lampu) 1 On dan output (lampu 2 dan buzzer) off maka suhu kebun tersebut mencapai suhu minimum. Pada rangkaian ini sensor ptc akan mentolerir suhu yang berada pada kisaran (0-5)derjat Celcius. Jika berada pada suhu tersebut maka arusakan mengalir dari power supply dan masuk ke sensor PTC. Jika bersuhu 5 derajat maka akan terbaca tegangan output sensorsebesar 0.94V.lalu terjadi percabangan arus yang mana arus masuk ke R2 dan dan ke R1 yang mana dari R1 ini menuju ground. Arus dari R2 akan masuk ke kaki negativeop amp inverting dan akan terjadi penguatan tegangan sebesar1.1x dan terbaca output -1.03V lalu akan terjadipenguatan sekali lagi ke op amp inverting sebesar 1.2x dan terbaca output 1.24V lalu masuk ke transistor.tegangan di opamp 1,24 diumpankan ke sebuah R4 maka tegangan yang terukur di tegangan basenya adalaha
sebesar 0,74 sehingga transistor Q1 nya on karena tegangan VBE hanya membutuhkan 0,6-0,7 volt. dengan Q1 on maka ada arus dari colector ke emitor, berarti ada tegangan dari suply RL1 terus ke collector terus ke emitor terus ke ground, dengan adanya arus yang lewatdi rellay tersebut maka switch relay bergerak kekiri, dengan bergerak kekiri maka lampu akan mendapat suply dari baterai B2 sehingga lampu 1 menjadi on. Jika suhu berada pada batas yang telah ditetapkan yaitu >5 derajat maka lampu akan off karena tegangan pada transistor kurang dari 0.7V.
Prinsip kerja Sensor NTC
Pada rangkaian sensor Ntc jika sensor mendeteksi suhu >=20 derajat celsius yaitu 20 derjat maka output sensor (lampu 2 dan buzzer)akan aktif dan arus akan mengalir dari power supply RT1 lalu masuk ke sensor dan terbaca tegangan output sebesar 0.14Vlalu terjadi percabangan , arus masuk ke R7 dan ke kaki negative op amp inverting. Di op amp invertingterjadi penguatan sebesar 3x dan terukur tegangan output op amp inverting pertama yaitu -0.42V lalu terjadi penguatan sekali lagi di op amp inverting dengan penguatan sebesar 4x sehingga tegangan output menjadi 1.67V.tegangan di opamp 1,67 diumpankan ke sebuah R12 maka tegangan yang terukur di tegangan basenya adalaha sebesar 0,75 sehingga transistor Q2 nya on karena tegangan VBE hanya membutuhkan 0,6-0,7 volt. dengan Q2 on maka ada arus dari colector ke emitor, berarti ada tegangan dari suply RT1 terus ke RL2 terus ke collector terus ke emitor terus ke ground, dengan adanya arus yang lewat di rellay tersebut maka switch relay bergerak kekiri, dengan bergerak kekiri maka
lampu dan buzzer akan mendapat suply dari baterai B1 sehingga lampu 2 menjadi on dan buzzer juga hidup. sehingga lampu dan buzzer on yang dianalogikan bahkan suhu kebun strawberry dalam keadaan hangat/ Mencapai suhu maksimum. Jika Ntc suhu yang terukur kurang dari <20 derajat maka output sensor tidak aktiv karena tegangan transistor tidak cukup
6. Vidio [KEMBALI]
Tidak ada komentar:
Posting Komentar